对多版本车型充电口、加油口的设计过程中的问题进行了分析,提出了针对多版本充电口选冲问题的解决方案,为以后相似结构的模具设计提供新的思路。
1引言
在现代生活中汽车已经成为人类生活中不可或缺的交通工具，在诞生后自身也随着市场的变化不断的进行完善[1~3]，由于市场需求的变化汽车造型也不断的朝着创新的方向发展[4]。为满足市场需求，占领市场先机，在生产传统动力汽车的同时，还需不断加快对新能源汽车的研发制造进程，有时需在一款造型上同时推出多动力、多配置的多个款型，因此，同一制件因车型动力不同而存在差异，例如传统动力的加油口一般设置在汽车左侧，充电口设置在汽车右侧。为满足加油口、充电口造型需开发不同模具，这种冲压制件仅局部造型不同，导致模具费用增加、生产效率降低的情况严重制约了生产成本的降低。
2现阶段侧围制件加油/充电口加工方案及其存在问题
传统加油口冲压成形方案主要为OP10拉伸制件加常规拉伸(加油口位置根据分析设计工艺补充或采用无造型结构)，OP20粗修加油口的轮廓边界，其主要目的是为了保证该位置在OP30整形时控制板料流动方向，改善整形后A面缺陷程度。OP30翻边整形保证加油口的尺寸精度，OP40精修加油口边界保证最终的整车装配精度。部分工艺该位置采用3工序成形，既OP10拉伸，OP20精修边，OP30整形，此种冲压方案存在最主要的问题是整形后制件修边轮廓精度不能保证，即使非理论调整后，在后期生产过程中其精度波动也是不可控的，因此导致的装车问题不易发现，流入后序后所造成的成本浪费更高。常规加油/充电口常规成形过程如表1所示。现阶段各汽车厂商为降低开发成本同时兼顾国家有关新能源车型的需求，往往采用同款车型开发多种动力车型如我司某车型同时存在汽油版、纯电动版、插电混合动力3种动力配置，其加油口设计在左侧围位置，纯电动版则需要设计在右侧围位置，插电混合动力版本需要左侧围设计加油口，右侧围设计充电口。多数汽车厂商的解决方案是主要针对右侧围充电口进行OP20选择性冲孔OP30选择性整形的冲压方案进行冲压成形，但由于OP30已经对充电口位置进行整形处理，OP40无法同时兼顾纯电侧围和汽油版侧围的冲压需要，只能选择设计镶块处理方案。当主机厂需要生产汽油版侧围时，线体操作人员需拆除上模精修镶块及压芯压料镶块。而当生产纯电版或混动版车型时又需要将镶块重新安装。极大的影响了现场的生产效率，同时镶块频繁拆卸也会产生重复定位精度差的问题。OP40压芯压料镶块及上模精冲镶块结构如图1所示。鉴于上述情况，如何解决多版本充电口生产过程中产生的问题就成了降低模具制造成本，提升生产效率必须要面对的问题。本文所论述的结构方案，将针对已经成形的充电口造型进行选择性精修边同时避免的频繁拆卸镶块的问题，为同行业模具设计提供一个新的问题解决思路。
3选冲结构设计
(1)选冲结构组成如图2所示。(2)制件选冲机构工作过程。通过设计多层弹簧结构，实现产品造型自动切换的功能，保障制件冲孔选冲机构依靠气动装置带动驱动板进行往复运动，达成制件选择性冲孔。图2选冲结构各部分组成气缸及滑动垫板安装在上模位置，设计压板等保障其可以相对上模进行水平运动。凸模支撑板安装在上模位置，四周设计导向结构，相对于上模进行上下运动，同时其背面安装支撑块，正面安装压料弹簧及精冲凸模。活动压芯安装在主压料芯上，四周设计导向及限位，其相对于压芯进行上下运动，便于不同版本侧围压料需要。主压芯安装在上模上，充电口位置设计托起弹簧，用于顶起活动压芯，保证其在生产无充电口侧围时，不对制件产生影响，保证制件品质。需要注意的是由于采用多层弹簧设计，需要保证压料弹簧初压大于托起弹簧的终压，以此来确保弹簧的压缩顺序，实现制件选冲。(3)充电口侧围生产状态。通过机床气源，对气缸进行充气，气动装置带动滑动垫板、从而使得分别安装在支撑块底面及滑动垫板上的支撑块互相支撑，当模具合模时，主压芯向上运动，由于凸模支撑板已被限制活动且压料弹簧初压大于托起弹簧的终压，所以，托起弹簧首先被压缩，当到达限位后，由主压芯及活动压芯共同组成整形后的充电口压芯造型，模具进一步闭合，组合压芯接触制件，此时压芯整体开始受力，压料弹簧开始压缩，为制件修边提供必要的压料力，同时精冲凸模相对于组合压芯向下运动，完成精冲工序。模具回程时运动过程相反。即凸模先脱出制件，进一步组合压芯脱离制件，再进一步活动压芯收缩至主压芯型面以下，如图3所示。(4)无充电口侧围生产状态。气动装置带动滑动垫板回程、使得两支撑块相互错位，当模具合模时，主压芯向上运动，由于支撑块已相互错开，且托起弹簧初压大于活动托芯及精冲凸模重量，所以，主压芯带动托起弹簧顶起活动压芯，保证在生产过程中活动压芯始终处于主压芯内部，进一步通过设计在凸模支撑板与活动压芯之间的压料弹簧将凸模支撑板及安装在支撑板上的凸模顶起，保证生产过程中凸模始终处于顶起状态，每次合模时两支撑块相互错位，其整体机构无支撑力，弹簧无压缩，完成无充电口侧围的生产，如图4、图5所示。利用上述机构配合换向阀等气路组件可以实现多种版本车型充电口的在线切换，如对该机构中凸模安装板及安装在其上的支撑块、整体安装位置由上模调整到压芯上，在压芯与上模间设计精导向，凸模支撑板与压芯间设计精导向，同时替换两支撑块，将支撑块接触时的静止承压调整为滑动承压，则该机构可以实现一定角度的侧向选择性冲孔。如图6所示。
4结束语
针对现阶段多版本车型充电口位置造型在开发过程中常规做法及其产生的生产问题进行分析，同时有针对性的提出一种新的结构形式，避免现场操作的不便，实现自动切换充电口造型的压芯及凸模切换。希望能为广大的模具设计人员提供一种新的设计思路，从而有效的降低模具的开发成本，提升现场的生产效率。
参考文献
[1]程正.汽车百年[M].长春：吉林工业大学出版社，1990.
[2]英国DK出版社编，张义译.视觉之旅——世界汽车史[M].北京：北京科学技术出版社，2012.
[3][英]彭妮斯帕克著，郭志锋译.设计百年——20世纪汽车设计的先驱[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[4]黄志清.汽车造型设计风格演变研究[D].上海交通大学硕士学位论文，2010.
《充电口造型选择性加工方案》来源：《模具制造》，作者：张应生 张跃 马磊
